JP2008066058A - プラズマ発生ノズルおよびプラズマ発生装置ならびにそれを用いるワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の改質等、ワークの処理などに使用されるプラズマ発生装置に用いられ、同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、両電極間に高周波のパルス電界を印加することで、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口から常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するプラズマ発生ノズルにおいて、アーク放電（異常放電）を防止する。
【解決手段】同心状の内側導電体である中心導電体３２と外側導電体であるノズル本体３３とによって形成される吹出し口である筒状空間３２２内に、筒状のガラスなどの誘電体から成る保護管３６を設け、その先端面３６１を、前記中心導電体３２およびノズル本体３３の先端面３２２１，３３１間で、弧を描いたアーク放電ＡＲＣが生じないように、軸線方向に突出して配置する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板等の被処理ワークなどに対してプラズマを照射することで、前記ワークの表面の清浄化や改質などを図ることが可能なプラズマ発生ノズルおよびプラズマ発生装置ならびにそれを用いるワーク処理装置に関する。

たとえば半導体基板等の被処理ワークに対してプラズマを照射し、その表面の有機汚染物の除去、表面改質、エッチング、薄膜形成または薄膜除去等を行うワーク処理装置が知られている。たとえば特許文献１には、同心状の内側導電体と外側導電体とを有するプラズマ発生ノズルを用い、両導電体間に高周波のパルス電界を印加することで、アーク放電ではなく、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、ガス供給源からの処理ガスを両導電体間で旋回させながら基端側から遊端側へ向かわせることで高密度なプラズマを生成し、前記遊端に取付けられたノズルから被処理ワークに放射することで、常圧下で高密度なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置が開示されている。
特開２００３−１９７３９７号公報

上述の従来技術では、先ず内側導電体が外側導電体よりも突出して、アーク放電が防止されている。また、外側導電体の先端部分の内周がテーパー状に形成され、内側導電体の先端部分との距離を大きくすることでもアーク放電が防止されている。したがって、電界が集中すべきそれらの先端間の距離が面一の場合よりも広くなり、プラズマ点灯し難いという問題がある。

本発明の目的は、良好な点火性が得られる内側導電体が外側導電体と面一もしくは内方に後退した状態で、アーク放電を防止することができるプラズマ発生ノズルおよびプラズマ発生装置ならびにそれを用いるワーク処理装置を提供することである。

本発明のプラズマ発生ノズルは、同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、両電極間に高周波のパルス電界を印加することで、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口から常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するプラズマ発生ノズルにおいて、前記内側導電体と外側導電体との間に筒状の誘電体が介在され、前記内側導電体の先端面が前記外側導電体の先端面と面一もしくは内方に後退した状態に配置され、かつ前記内側導電体と外側導電体との先端面間にアーク放電が生じないように、前記誘電体の先端面が前記内側導電体と外側導電体との少なくとも一方の先端面から軸線方向に突出して配置されることを特徴とする。

上記の構成によれば、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの間に高周波のパルス電界を印加することで、アーク放電（異常放電）ではなく、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口から常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するように構成される場合、前記吹出し口内に筒状の誘電体を設け、それらの先端面を、先ず前記内側導電体の先端面が前記外側導電体の先端面と面一もしくは内方に後退した状態に配置し、さらに前記内側導電体と外側導電体との先端面間に弧を描いたアーク放電が生じないように、前記内側導電体と外側導電体との少なくとも一方の先端面から軸線方向に突出して配置する。たとえば、内側導電体と外側導電体との先端面が面一であり、誘電体の先端面をそれらよりも突出させ、或いは外側導電体の先端面と誘電体の先端面とを面一にし、内側導電体の先端面をそれらよりも後退させる等である。

したがって、良好な点火性を得ることができるとともに、不用意なアーク放電の発生を抑え、グロー放電、すなわちプラズマの発生を安定して継続させることができる。

また、本発明のプラズマ発生ノズルでは、前記突出の量は、１ｍｍ以上であることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記突出の量を、１ｍｍ以上とすることで、前記アーク放電（異常放電）を抑える効果が高く、好適である。

さらにまた、本発明のプラズマ発生ノズルでは、前記誘電体は、石英ガラスパイプから成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、石英ガラスパイプは、プラズマに対する耐蝕性が高く、前記誘電体として好適である。

また、本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波が導波管を介して伝搬され、プラズマ発生部において、前記のプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取付けられて成り、前記マイクロ波は、前記プラズマ発生ノズルの前記内側導電体で受信され、前記導波管を介して接地されている前記外側導電体との間でプラズマ化したガスを生成して放出することを特徴とする。

上記の構成によれば、複数個のプラズマ発生ノズルを用いる場合に、上述のようにアーキング（異常放電）を防止して各プラズマ発生ノズルで安定したプラズマを発生させることができるプラズマ発生ノズルは好適に用いることができ、大面積のワークや複数のワークの一括処理を行うことができる。また、マイクロ波の伝搬に導波管が使用される場合に、前記アーキング（異常放電）による不所望な反射を生じない上記プラズマ発生ノズルは好適である。

さらにまた、本発明のワーク処理装置は、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とする。

上記の構成によれば、大きな面積のワークを連続処理することができる。

本発明のプラズマ発生ノズルは、以上のように、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの間に高周波のパルス電界を印加することで、アーク放電（異常放電）ではなく、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口から常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するように構成される場合、前記吹出し口内に筒状の誘電体を設け、それらの先端面を、先ず前記内側導電体の先端面が前記外側導電体の先端面と面一もしくは内方に後退した状態に配置し、さらに前記内側導電体と外側導電体との先端面間に弧を描いたアーク放電が生じないように、前記内側導電体と外側導電体との少なくとも一方の先端面から軸線方向に突出して配置する。

それゆえ、良好な点火性を得ることができるとともに、不用意なアーク放電の発生を抑え、グロー放電、すなわちプラズマの発生を安定して継続させることができる。

また、本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、複数個のプラズマ発生ノズルを用いるにあたって、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波を導波管を介して伝搬するようにし、プラズマ発生部において、前記のプラズマ発生ノズルを前記導波管に複数個配列して取付ける。

それゆえ、複数個のプラズマ発生ノズルを用いるにあたって、上述のようにアーキング（異常放電）を防止して各プラズマ発生ノズルで安定したプラズマを発生させることができるプラズマ発生ノズルは好適に用いることができ、大面積のワークや複数のワークの一括処理を行うことができる。また、マイクロ波の伝搬に導波管を使用するにあたって、前記アーキング（異常放電）による不所望な反射を生じない上記プラズマ発生ノズルは好適である。

さらにまた、本発明のワーク処理装置は、以上のように、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与する。

それゆえ、大きな面積のワークを連続処理することができる。

図１は、本発明の実施の一形態に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。このワーク処理装置Ｓは、プラズマを発生し、被処理物となるワークＷに前記プラズマを照射するプラズマ発生ユニットＰＵ（プラズマ発生装置）と、ワークＷを前記プラズマの照射領域を経由する所定のルートで搬送する搬送手段Ｃとから構成されている。図２は、図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットＰＵの斜視図、図３は一部透視側面図である。なお、図１〜図３において、Ｘ−Ｘ方向を前後方向、Ｙ−Ｙ方向を左右方向、Ｚ−Ｚ方向を上下方向というものとし、−Ｘ方向を前方向、＋Ｘ方向を後方向、−Ｙを左方向、＋Ｙ方向を右方向、−Ｚ方向を下方向、＋Ｚ方向を上方向として説明する。

プラズマ発生ユニットＰＵは、マイクロ波を利用し、常温常圧でのプラズマ発生が可能なユニットであって、大略的に、マイクロ波を伝搬させる導波管１０、この導波管１０の一端側（左側）に配置され所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０、導波管１０に設けられたプラズマ発生部３０、導波管１０の他端側（右側）に配置されマイクロ波を反射させるスライディングショート４０、導波管１０に放出されたマイクロ波のうち反射マイクロ波がマイクロ波発生装置２０に戻らないよう分離するサーキュレータ５０、サーキュレータ５０で分離された反射マイクロ波を吸収するダミーロード６０および導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンス整合を図るスタブチューナ７０を備えて構成されている。また搬送手段Ｃは、図略の駆動手段により回転駆動される搬送ローラ８０を含んで構成されている。本実施形態では、平板状のワークＷが搬送手段Ｃにより搬送される例を示している。

導波管１０は、アルミニウム等の非磁性金属から成り、断面矩形の長尺管状を呈し、マイクロ波発生装置２０により発生されたマイクロ波をプラズマ発生部３０へ向けて、その長手方向に伝搬させるものである。導波管１０は、分割された複数の導波管ピースが互いのフランジ部同士で連結された連結体で構成されており、一端側から順に、マイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１、スタブチューナ７０が組付けられる第２導波管ピース１２およびプラズマ発生部３０が設けられている第３導波管ピース１３が連結されて成る。なお、第１導波管ピース１１と第２導波管ピース１２との間にはサーキュレータ５０が介在され、第３導波管ピース１３の他端側にはスライディングショート４０が連結されている。

また、第１導波管ピース１１、第２導波管ピース１２および第３導波管ピース１３は、それぞれ金属平板からなる上面板、下面板および２枚の側面板を用いて角筒状に組立てられ、その両端にフランジ板が取付けられて構成されている。なお、このような平板の組み立てによらず、押出し成形や板状部材の折り曲げ加工等により形成された矩形導波管ピースもしくは非分割型の導波管を用いるようにしてもよい。また、断面矩形の導波管に限らず、たとえば断面楕円の導波管を用いることも可能である。さらに、非磁性金属に限らず、導波作用を有する各種の部材で導波管を構成することができる。

マイクロ波発生装置２０は、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波発生源を具備する装置本体部２１と、装置本体部２１で発生されたマイクロ波を導波管１０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナ２２とを備えて構成されている。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、たとえば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生装置２０が好適に用いられる。

図３に示すように、マイクロ波発生装置２０は、装置本体部２１からマイクロ波送信アンテナ２２が突設された形態のものであり、第１導波管ピース１１に載置される態様で固定されている。詳しくは、装置本体部２１が第１導波管ピース１１の上面板１１Ｕに載置され、マイクロ波送信アンテナ２２が上面板１１Ｕに穿設された貫通孔１１１を通して第１導波管ピース１１内部の導波空間１１０に突出する態様で固定されている。このように構成されることで、マイクロ波送信アンテナ２２から放出された、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管１０により、その一端側（左側）から他端側（右側）に向けて伝搬される。

プラズマ発生部３０は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂ（処理対象ワークとの対向面）に、左右方向へ一列に整列して突設された８個のプラズマ発生ノズル３１を具備して構成されている。このプラズマ発生部３０の幅員、つまり８個のプラズマ発生ノズル３１の左右方向の配列幅は、平板状ワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔと略合致する幅員とされている。これにより、ワークＷを搬送ローラ８０で搬送しながら、ワークＷの全表面（下面板１３Ｂと対向する面）に対してプラズマ処理が行えるようになっている。なお、８個のプラズマ発生ノズル３１の配列間隔は、導波管１０内を伝搬させるマイクロ波の波長λ_Ｇに応じて定めることが望ましい。たとえば、波長λ_Ｇの１／２ピッチ、１／４ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列することが望ましく、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合は、λ_Ｇ＝２３０ｍｍであるので、１１５ｍｍ（λ_Ｇ／２）ピッチ、或いは５７．５ｍｍ（λ_Ｇ／４）ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列すればよい。

図４は、２つのプラズマ発生ノズル３１を拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズル３１は分解図として描いている）、図５は、図４のＡ−Ａ線側断面図である。プラズマ発生ノズル３１は、中心導電体３２（内側導電体）、ノズル本体３３（外側導電体）、ノズルホルダ３４、シール部材３５および保護管３６を含んで構成されている。

中心導電体３２は、銅、アルミ、真鍮などの良導電性の金属から構成され、φ１〜５ｍｍ程度の棒状部材から成り、その上端部３２１の側が第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂを貫通して導波空間１３０に所定長さだけ突出（この突出部分を受信アンテナ部３２０という）する一方で、下端部３２２がノズル本体３３内で上下方向に延び、その先端面３２２１がノズル本体３３の先端面３３１と略面一になるように配置されている。この中心導電体３２には、受信アンテナ部３２０が導波管１０内を伝搬するマイクロ波を受信することで、マイクロ波エネルギー（マイクロ波電力）が与えられるようになっている。当該中心導電体３２は、長さ方向略中間部において、シール部材３５により保持されている。

ノズル本体３３は、良導電性の金属から構成され、中心導電体３２を収納する筒状空間３３２を有する筒状体である。また、ノズルホルダ３４も良導電性の金属から構成され、ノズル本体３３を保持する比較的大径の下部保持空間３４１と、シール部材３５を保持する比較的小径の上部保持空間３４２とを有する筒状体である。一方、シール部材３５は、テフロン（登録商標）等の耐熱性樹脂材料やセラミック等の絶縁性部材から成り、前記中心導電体３２を固定的に保持する保持孔３５１をその中心軸上に備える筒状体から成る。

ノズル本体３３は、上方から順に、ノズルホルダ３４の下部保持空間３４１に嵌合される上側胴部３３Ｕと、後述するガスシールリング３７を保持するための環状凹部３３Ｓと、環状に突設されたフランジ部３３Ｆと、ノズルホルダ３４から突出する下側胴部３３Ｂとを具備している。また、上側胴部３３Ｕには、所定の処理ガスを前記筒状空間３３２へ供給させるための連通孔３３３が穿孔されている。

このノズル本体３３は、中心導電体３２の周囲に配置された外側導電体として機能するもので、中心導電体３２は所定の環状空間Ｈ（絶縁間隔）が周囲に確保された状態で筒状空間３３２の中心軸上に挿通されている。ノズル本体３３は、上側胴部３３Ｕの外周部がノズルホルダ３４の下部保持空間３４１の内周壁と接触し、またフランジ部３３Ｆの上端面がノズルホルダ３４の下端縁３４３と接触するようにノズルホルダ３４に嵌合されている。なお、ノズル本体３３は、たとえばプランジャやセットビス等を用いて、ノズルホルダ３４に対して着脱自在な固定構造で装着されることが望ましい。

ノズルホルダ３４は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂに穿孔された貫通孔１３１に密嵌合される上側胴部３４Ｕ（上部保持空間３４２の位置に略対応する）と、下面板１３Ｂから下方向に延出する下側胴部３４Ｂ（下部保持空間３４１の位置に略対応する）とを備えている。下側胴部３４Ｂの外周には、処理ガスを前記環状空間Ｈに供給するためのガス供給孔３４４が穿孔されている。図示は省略しているが、このガス供給孔３４４には、所定の処理ガスを供給するガス供給管の終端部が接続するための管継手等が取り付けられる。かかるガス供給孔３４４と、ノズル本体３３の連通孔３３３とは、ノズル本体３３がノズルホルダ３４への定位置嵌合された場合に互いに連通状態となるように、各々位置設定されている。なお、ガス供給孔３４４と連通孔３３３との突き合わせ部からのガス漏洩を抑止するために、ノズル本体３３とノズルホルダ３４との間にはガスシールリング３７が介在されている。

これらガス供給孔３４４および連通孔３３３は、周方向に等間隔に複数穿孔されていてもよく、また中心へ向けて半径方向に穿孔されるのではなく、前述の特許文献１のように、処理ガスを旋回させるように、前記筒状空間３３２の外周面の接線方向に穿孔されてもよい。また、ガス供給孔３４４および連通孔３３３は、中心導電体３２に対して垂直ではなく、処理ガスの流れを良くするために、上端部３２１側から下端部３２２側へ斜めに穿設されてもよい。

シール部材３５は、その下端縁３５２がノズル本体３３の上端縁３３４と当接し、その上端縁３５３がノズルホルダ３４の上端係止部３４５と当接する態様で、ノズルホルダ３４の上部保持空間３４２に保持されている。すなわち、上部保持空間３４２に中心導電体３２を支持した状態のシール部材３５が嵌合され、ノズル本体３３の上端縁３３４でその下端縁３５２が押圧されるようにして組付けられているものである。

プラズマ発生ノズル３１は上記のように構成されている結果、ノズル本体３３、ノズルホルダ３４および第３導波管ピース１３（導波管１０）は導通状態（同電位）とされている一方で、中心導電体３２は絶縁性のシール部材３５で支持されていることから、これらの部材とは電気的に絶縁されている。したがって、図６に示すように、導波管１０がアース電位とされた状態で、中心導電体３２の受信アンテナ部３２０でマイクロ波が受信され中心導電体３２にマイクロ波電力が給電されると、その先端面３２２１およびノズル本体３３の先端面３３１の近傍に電界集中部が形成されるようになる。

かかる状態で、ガス供給孔３４４から、たとえば酸素ガスや空気のような酸素系の処理ガスが環状空間Ｈへ供給されると、前記マイクロ波電力により処理ガスが励起されて中心導電体３２の先端面３２２１付近においてプラズマ（電離気体）が発生する。このプラズマは、電子温度が数万度であるものの、ガス温度は外界温度に近い反応性プラズマ（中性分子が示すガス温度に比較して、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であって、常圧下で発生するプラズマである。

このようにしてプラズマ化された処理ガスは、ガス供給孔３４４から与えられるガス流によりプルームＰとして、吹出し口である筒状空間３３２から放射される。このプルームＰにはラジカルが含まれ、たとえば処理ガスとして酸素系ガスを使用すると酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用、レジスト除去作用等を有するプルームＰとすることができる。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、プラズマ発生ノズル３１が複数個配列されていることから、左右方向に延びるライン状のプルームＰを発生させることが可能となる。

因みに、処理ガスとしてアルゴンガスのような不活性ガスや窒素ガスを用いれば、各種基板の表面クリーニングや表面改質を行うことができる。また、フッ素を含有する化合物ガスを用いれば基板表面を撥水性表面に改質することができ、親水基を含む化合物ガスを用いることで基板表面を親水性表面に改質することができる。さらに、金属元素を含む化合物ガスを用いれば、基板上に金属薄膜層を形成することができる。

スライディングショート４０は、各々のプラズマ発生ノズル３１に備えられている中心導電体３２と、導波管１０の内部を伝搬されるマイクロ波との結合状態を最適化するために、第３導波管ピース１３の右側端部に連結されているもので、反射ブロック４２を変位させることでマイクロ波の反射位置を変化させて定在波パターンが調整可能となる。したがって、定在波を利用しない場合は、当該スライディングショート４０に代えて、電波吸収作用を有するダミーロードが取付けられる。

サーキュレータ５０は、たとえばフェライト柱を内蔵する導波管型の３ポートサーキュレータからなり、一旦はプラズマ発生部３０へ向けて伝搬されたマイクロ波のうち、プラズマ発生部３０で電力消費されずに戻って来た反射マイクロ波を、マイクロ波発生装置２０に戻さずダミーロード６０へ向かわせるものである。このようなサーキュレータ５０を配置することで、マイクロ波発生装置２０が反射マイクロ波によって過熱状態となることが防止される。

ダミーロード６０は、上述の反射マイクロ波を吸収して熱に変換する水冷型（空冷型でも良い）の電波吸収体である。このダミーロード６０には、冷却水を内部に流通させるための冷却水流通口６１が設けられており、反射マイクロ波を熱変換することにより発生した熱が前記冷却水に熱交換されるようになっている。

スタブチューナ７０は、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンス整合を図るためのもので、第２導波管ピース１２の上面板１２Ｕに所定間隔を置いて直列配置された３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃを備えている。３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃは同一構造を備えており、図３で示すように第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１を、上下方向に出没動作させることで中心導電体３２による消費電力が最大、すなわち反射マイクロ波を最小として、プラズマ点火を生じ易くするものである。

搬送手段Ｃは、所定の搬送路に沿って配置された複数の搬送ローラ８０を備え、図略の駆動手段により搬送ローラ８０が駆動されることで、処理対象となるワークＷを、前記プラズマ発生部３０を経由して搬送させるものである。ここで、処理対象となるワークＷとしては、プラズマディスプレイパネルや半導体基板のような平型基板、電子部品が実装された回路基板等を例示することができる。また、平型形状でないパーツや組部品等も処理対象とすることができ、この場合は搬送ローラ８０に代えてベルトコンベア等を採用すればよい。

上述のように構成されるワーク処理装置Ｓにおいて、注目すべきは、本実施の形態では、前述のようにして構成されることで常温・常圧下でのプラズマ発生が可能となる前記プラズマ発生ノズル３１において、その吹出し口である前記筒状空間３３２に、筒状の誘電体である保護管３６が設けられることである。その保護管３６は、所定長さの石英ガラスパイプから成り、前記筒状空間３３２の内径に略等しい外径を有し、該筒状空間３３２に内挿されている。

そして、先ず中心導電体３２の先端面３２２１がノズル本体３３の先端面３３１と面一もしくは内方に後退した状態に配置して、良好な点火性が得られるようにし、かつ前記保護管３６を、同心状の前記中心導電体３２およびノズル本体３３の先端面３２２１，３３１間で、図５において参照符号ＡＲＣで示すような弧を描いたアーク放電（異常放電）が生じないように、前記先端面３２２１，３３１の少なくとも一方から軸線方向に突出して配置する。この図５の例では、前記先端面３２２１，３３１が相互に面一で、保護管３６の先端面３６１がそれらから高さＤだけ突出して配置されている。

一方、図７には、ノズル本体３３の先端面３３１と保護管３６の先端面３６１とが相互に面一で、中心導電体３２の先端面３２２１がそれらから高さＤだけ後退して、すなわち保護管３６の先端面３６１が中心導電体３２の先端面３２２１より突出して配置されている例を示している。本発明では、これらの図５および図７の例に限らず、中心導電体３２の先端面３２２１がノズル本体３３の先端面３３１と面一もしくは内方に後退した状態で、かつ保護管３６の先端面３６１が、同心状の前記中心導電体３２およびノズル本体３３の先端面３２２１，３３１の少なくとも一方から軸線方向に突出して配置されることで、アーク放電（異常放電）が抑制されるようになっていればよい。

このように構成することで、良好な点火性を得ることができるとともに、不用意なアーク放電の発生を抑え、グロー放電、すなわちプラズマの発生を安定して継続させることができる。また、前記突出高さＤを、１ｍｍ以上とすることで、前記アーク放電（異常放電）を抑える効果が高く、好適である。さらにまた、誘電体として前記石英ガラスパイプから成る保護管３６を用いることで、プラズマに対する耐蝕性が高くなり、好適である。なお、前記誘電体としては、セラミックやテフロン（登録商標）等も用いることができる。

次に、本実施形態に係るワーク処理装置Ｓの電気的構成について説明する。図８は、ワーク処理装置Ｓの制御系を示すブロック図である。この制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）９０１およびその周辺回路等から成り、制御手段である全体制御部９０と、出力インタフェイスや駆動回路等から成るマイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２および搬送制御部９３と、表示手段や操作パネル等から成り、前記全体制御部９０に対して所定の操作信号を与える操作部９５と、入力インタフェイスやアナログ／デジタル変換器等から成るセンサ入力部９７と、センサ９７１ならびに駆動モータ９３１および流量制御弁９２３とを備えて構成される。

マイクロ波出力制御部９１は、マイクロ波発生装置２０から出力されるマイクロ波のＯＮ−ＯＦＦ制御、出力強度制御を行うもので、前記２．４５ＧＨｚのパルス信号を生成してマイクロ波発生装置２０の装置本体部２１によるマイクロ波発生の動作制御を行う。

ガス流量制御部９２は、プラズマ発生部３０の各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２１と各プラズマ発生ノズル３１との間を接続するガス供給管９２２に設けられた前記流量制御弁９２３の開度調整をそれぞれ行う。

搬送制御部９３は、搬送ローラ８０を回転駆動させる駆動モータ９３１の動作制御を行うもので、ワークＷの搬送開始／停止、および搬送速度の制御等を行うものである。

全体制御部９０は、当該ワーク処理装置Ｓの全体的な動作制御を司るもので、操作部９５から与えられる操作信号に応じて、センサ入力部９７から入力される速度センサ９７１によるワークＷの搬送速度の測定結果等をモニタし、上記マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２および搬送制御部９３を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。

具体的には、前記ＣＰＵ９０１は、メモリ９０２に予め格納されている制御プログラムに基づいて、ワークＷの搬送を開始させてワークＷをプラズマ発生部３０へ導き、所定流量の処理ガスを各プラズマ発生ノズル３１へ供給させつつマイクロ波電力を与えてプラズマ（プルームＰ）を発生させ、ワークＷを搬送しながらその表面にプルームＰを放射させるものである。これにより、複数のワークＷを連続的に処理することができる。

以上説明したワーク処理装置Ｓによれば、ワーク搬送手段ＣでワークＷを搬送しつつ、導波管１０に複数個配列して取付けられたプラズマ発生ノズル３１からプラズマ化されたガスをワークＷに対して放射することが可能であるので、複数の被処理ワークに対して連続的にプラズマ処理を行うことができ、また大面積のワークに対しても効率良くプラズマ処理を行うことができる。したがって、バッチ処理タイプのワーク処理装置に比較して、各種の被処理ワークに対するプラズマ処理作業性に優れるワーク処理装置Ｓ若しくはプラズマ発生装置ＰＵを提供することができる。しかも、外界の温度および圧力でプラズマを発生させることができるので、真空チャンバー等を必要とせず、設備構成を簡素化することができる。

また、マイクロ波発生装置２０から発生されたマイクロ波を、導波管１０を介して複数の各プラズマ発生ノズル３１へ伝搬し、それぞれが備える中心導電体３２で受信させてプラズマ作成に使用させるので、マイクロ波が保有するエネルギーの各プラズマ発生ノズル３１への伝達系を簡素化することができ、装置構成のシンプル化、コストダウン等を図ることができる。また、複数個のプラズマ発生ノズル３１を用いるにあたって、前述のようにアーキング（異常放電）を防止して各プラズマ発生ノズル３１で安定したプラズマを発生させることができるとともに、前記導波管１０が使用される場合に前記アーキング（異常放電）による不所望な反射を生じない上記プラズマ発生ノズル３１は、特に好適に用いることができる。

さらに、複数のプラズマ発生ノズル３１が一列に整列配置されて成るプラズマ発生部３０が、平板状のワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔに略合致した幅員を有しているので、当該ワークＷを、搬送手段Ｃにより一度だけプラズマ発生部３０を通過させるだけで、その全面の処理を完了させることができ、平板状のワークに対するプラズマ処理効率を格段に向上させることができる。また、搬送されて来るワークＷに対して同じタイミングでプラズマ化されたガスを放射できるようになり、均質的な表面処理等を行うことができる。

以上、本発明の一実施形態に係るワーク処理装置Ｓについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば下記の実施形態を取ることができる。
（１）上記実施形態では、複数のプラズマ発生ノズル３１を一列に整列配置した例を示したが、ノズル配列はワークＷの形状やマイクロ波電力のパワー等に応じて適宜決定すればよく、たとえばワークＷの搬送方向に複数列プラズマ発生ノズル３１をマトリクス整列したり、千鳥配列したりしてもよい。
（２）上記実施形態では、移動手段としてワークＷを搬送する搬送手段Ｃが用いられ、その搬送手段Ｃとしては搬送ローラ８０の上面にワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に、たとえば上下の搬送ローラ間にワークＷをニップさせて搬送させる形態、搬送ローラを用いず所定のバスケット等にワークを収納し前記バスケット等をラインコンベア等で搬送させる形態、或いはロボットハンド等でワークＷを把持してプラズマ発生部３０へ搬送させる形態であってもよい。或いは、移動手段としてはプラズマ発生ノズル３１側を移動させる構成であってもよい。すなわち、ワークＷとプラズマ発生ノズル３１とは、プラズマ照射方向（Ｚ方向）とは交差する面（Ｘ，Ｙ面）上で相対的に移動すればよい。
（３）上記実施形態では、マイクロ波発生源として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロンを例示したが、マグネトロン以外の各種高周波電源も使用可能であり、また２．４５ＧＨｚとは異なる波長のマイクロ波を用いるようにしてもよい。
（４）導波管１０内におけるマイクロ波電力を測定するために、パワーメータを導波管１０の適所に設置することが望ましい。たとえば、マイクロ波発生装置２０のマイクロ波送信アンテナ２２から放出されたマイクロ波電力に対する反射マイクロ波電力の比を知見するために、サーキュレータ５０と第２導波管ピース１２との間に、パワーメータを内蔵する導波管を介在させるようにすることができる。

本発明に係るワーク処理装置およびプラズマ発生装置は、半導体ウェハ等の半導体基板に対するエッチング処理装置や成膜装置、プラズマディスプレイパネル等のガラス基板やプリント基板の清浄化処理装置、医療機器等に対する滅菌処理装置、タンパク質の分解装置等に好適に適用することができる。

本発明に係るワーク処理装置の全体構成を示す斜視図である。 図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットの斜視図である。 ワーク処理装置の一部透視側面図である。 ２つのプラズマ発生ノズルを拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズルは分解図として描いている）である。 図４のＡ−Ａ線側断面図である。 プラズマ発生ノズルにおける保護管の他の配置形状を説明するための図４のＡ−Ａ線側断面図である。 スライディングショートの内部構造を示す透視斜視図である。 ワーク処理装置の制御系を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 導波管
２０ マイクロ波発生装置（マイクロ波発生手段）
３０ プラズマ発生部
３１ プラズマ発生ノズル
３２ 中心導電体
３２２１，３３１，３６１ 先端面
３３ ノズル本体
３４ ノズルホルダ
３４４ ガス供給孔
３６ 保護管
４０ スライディングショート
５０ サーキュレータ
６０ ダミーロード
７０ スタブチューナ
８０ 搬送ローラ
９０ 全体制御部
９０１ ＣＰＵ
９０２ メモリ
９１ マイクロ波出力制御部
９２ ガス流量制御部
９２１ 処理ガス供給源
９２２ ガス供給管
９２３ 流量制御弁
９３ 搬送制御部
９３１ 駆動モータ
９５ 操作部
９７ センサ入力部
Ｓ ワーク処理装置
ＰＵ プラズマ発生ユニット（プラズマ発生装置）
Ｃ 搬送手段
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、両電極間に高周波のパルス電界を印加することで、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口から常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するプラズマ発生ノズルにおいて、
   前記内側導電体と外側導電体との間に筒状の誘電体が介在され、
   前記内側導電体の先端面が前記外側導電体の先端面と面一もしくは内方に後退した状態に配置され、かつ前記内側導電体と外側導電体との先端面間にアーク放電が生じないように、前記誘電体の先端面が前記内側導電体と外側導電体との少なくとも一方の先端面から軸線方向に突出して配置されることを特徴とするプラズマ発生ノズル。
2. 前記突出の量は、１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生ノズル。
3. 前記誘電体は、石英ガラスパイプから成ることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ発生ノズル。
4. マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波が導波管を介して伝搬され、プラズマ発生部において、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取付けられて成り、
   前記マイクロ波は、前記プラズマ発生ノズルの前記内側導電体で受信され、前記導波管を介して接地されている前記外側導電体との間でプラズマ化したガスを生成して放出することを特徴とするプラズマ発生装置。
5. 前記請求項４記載のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とするワーク処理装置。

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